基础生态学课件-张士昶 第一章 生物与环境

OrganismsandEnvironment

生物与环境本章纲要第一节生物种的概念第二节生态因子第三节环境的概念及生物与环境的相互作用环境对生物的作用生物对环境的反作用第四节最小因子、限制因子与耐受限度利比希最小因子定律限制因子耐受限度与生态幅第一节生物种的概念物种：是有内在因素（生殖、遗传、生理、行为）联系起来的个体的集合，是自然界中一个基本进化单元和功能单位。物种的性状：基因型与表型基因可塑性物种形成的关键原因：种间隔离CharlesDarwin,1849ChangeinthefrequencyofthetypicaformofthepepperedmothBistonbetulariaintheManchesterareasince1950.1975Howitcomes?Petrenetal.,1999Theevolutionaryrelationshipsamongstthemhavebeentracedbymoleculartechniques(analyzingvariationin‘microsatellite’DNA)ThefamilytreeoftheGalápagosfinchesradiatedfromasingletrunk:asingleancestralspeciesthatinvadedtheislandsfromthemainlandofCentralAmerica.Gillespie,2004(i)speciesassemblyisnotrandom;(ii)withinanycommunity,similarsetsofecomorphsarisethroughbothdispersalandevolution;and(iii)speciesassemblyisdynamicwithmaximumspeciesnumbersincommunitiesofintermediateage.Xuetal.,2015第二节生态因子

生态因子是指环境要素中对生物起作用的因子，如光照、温度、水分、氧气、二氧化碳、食物和其他生物等。生态环境：所有生态因子构成生物的生态环境。生境：特定生物体或群体的栖息地的生态环境。生态因子作用的一般特征综合作用主导因子作用阶段性作用不可替代性和补偿作用直接作用和间接作用1．综合作用生态因子之间相互影响、相互作用、相互制约，任何一因子的变化都会在不同程度上引起其它因子的变化。例如：水体温度与溶解氧的关系2.主导因子作用主导因子：在诸多的环境因子中，有一个对生物起决定性作用的生态因子。

对生物起作用的诸多因子是非等价的，其中有1~2个是起主要作用的主导因子。主导因子的改变常会引起其他生态因子发生明显变化或使生物的生长发育发生明显变化，如光周期现象中的日照时间和植物春化阶段的低温因子就是主导因子。3.阶段性作用生物在生长发育的不同阶段往往需要不同的生态因子或生态因子的不同强度。例如低温对冬小麦的春化阶段是必不可少的，但在其后的生长阶段则是有害的。例如：大马哈鱼生活在海洋中，生殖季节回游到淡水河流中产卵。大马哈鱼，又叫鲑鱼，属鲑目，鲑科，大马哈鱼属。太平洋大马哈鱼共分红大马哈鱼、银大马哈鱼、狗大马哈鱼、大鳞大马哈鱼、细鳞大马哈鱼和樱桃大马哈鱼6种。太平洋大马哈鱼大部分时间生活在大海里，成年的大马哈鱼要游到河流中去产卵。到了繁殖季节，它们沿河而上，除了偶尔碰一下鱼饵以外，基本上什么都不吃。它们要沿着河直流而上，到3200公里的源头去产卵。在本能的驱使下，这些迁徙性的大马哈鱼为了到达产卵地，会奋勇搏击激流，甚至不怕下泻的瀑布，不到目的决不罢休。太平洋大马哈鱼在产卵以后很快就会死去。大马哈鱼产卵的时间一般在夏末秋初，卵在深冬时分孵化，时间要视水温度而定，大约有60—200天不等。小鱼苗在自己能够流动觅食之前，主要靠卵黄中的营养来维生命。像大马哈鱼这样在淡水中出生，然后到海洋中长大，成年后再溯河洄游重返故乡生殖后代的鱼称为溯河洄游鱼类。4.不可替代性和补偿作用不可替代性：生态因子虽非等价，但都不可缺少，一个因子的缺失不能由另一个因子来代替。如种子发芽试验：成熟种子+温度+无水成熟种子+温度+过多水分成熟种子+恰当的温度+恰当的水分+适当的空气5.直接作用和间接作用环境中的地形因子，它的坡度、坡向、坡位、海拔高度等对生物的作用不是直接的，但他们能影响光照、温度、雨水等因子的分布，因而对生物产生间接作用，这些地方的光照、温度、水分状况则对生物类型、生长和分布起直接作用。第三节环境的概念及生物与环境的相互作用环境（environment）指某一特定生物体或生物群体周围一切的总和。环境的类型:按环境的主体：人类环境：以人为主体；以生物为主体：生物体以外的所有自然条件为环境。按环境的性质：自然、半自然、社会环境按环境的范围：宇宙环境、地球环境、区域环境、微环境、内环境环境的类型按环境的主体：人类环境：以人为主体；以生物为主体：生物体以外的所有自然条件为环境。按环境的性质：自然、半自然、社会环境按环境的范围：宇宙环境、地球环境、区域环境、微环境、内环境大环境ClimateChange小环境的重要性及其与大环境特征的差异程度八齿小蠹对树干小环境的利用情况小气候与峰鸟巢的关系第四节最小因子、限制因子与耐受限度

JustusLiebig(1840)pointedoutthatnutrientsuppliesoftenlimitplantgrowth.Healsosuggestedthatnutrientlimitationtoplantgrowthcouldbetracedtoasinglelimitingnutrient.Thishypotheticalcontrolofprimaryproductionbyasinglenutrientwaslatercalled“Liebig’sLawoftheMinimum.”E.P.Odum：补充两点：一是Liebig定律只能严格地适用于稳定状态，即能量和物质的流入和流出是处于平衡的情况下才适用；二是在实践中还要考虑因子间的补偿替代作用。谢尔福德耐受定律（Shelford’slawoftolerance）生态学家V.E.Shelford于1913年研究指出，生物的生存需要依赖环境中的多种条件，而且生物有机体对环境因子的耐受性有一个上限和下限，任何因子不足或过多，接近或超过了某种生物的耐受限度，该种生物的生存就会受到影响，甚至灭绝。这就是Shelford耐受定律。生物对每一种生态因子都有其耐受的上限和下限，上下限之间是生物对这种生态因子的耐受范围，可以用钟形耐受曲线表示。耐受曲线tolerancecurveShelford耐受定律的发展（1）生物能够对一个因子耐受范围很广，而对另一因子耐受范围很窄；（2）对所有因子耐受范围都很宽的生物，一般分布很广；（3）在一个因子处在不适状态时，对另一个因子的耐受能力可能下降；（4）生物在整个发育过程中，耐受性不同，繁殖期通常是一个敏感期；（5）生物实际上并不在某一特定环境因子最适的范围内生活，可能是因为有其他更重要的因子在起作用。生物对生态因子耐受性之间的相互关系在对生物产生影响的各种生态因子之间存在明显的相互影响。如生物对温度的耐性限度与湿度有密切关系。如Pianka(1978)指出：一种生物在什么湿度下适合度最大取决于温度，当温度适中（32.5度）和湿度适中（90%），该生物适合度最大。P.A.Haefner(1970)研究含盐量、温度因子在决定褐虾最适耐受范围时的相互作用。用死亡百分数确定褐虾的忍受限度。褐虾的最大适合度在两个因子的中值处南方小花蝽从以上可见，固定不变的最适概念只有在单一生态因子起作用时才能成立，当同时由几个因子作用于一种生物时，这种生物的适合度将随着几个因子的不同组合而发生变化，也就是说，这几个生态因子之间是相互作用、相互影响的。生态幅生态幅：每一个物种对环境因子适应范围的大小。对同一生态因子不同种类的生物的耐受范围是不同的。种类对温度的耐受范围（度）鲑鱼0-12豹蛙0-30斑鳉10-40南极鲟-2-2生物内稳态及耐性限度的调整1.内稳态（homeostasis）及其保持机制：（1）内稳态：生物控制体内环境使其保持相对稳定的机制，它能减少生物对外界条件的依赖性，从而大大提高生物对外界环境的适应能力。（2）保持机制：a.生理过程：恒温动物通过控制体内产热过程以调节体温；b.行为调整：变温动物靠减少散热或利用环境热源是身体增温。如沙漠蜥蜴具内稳态机制的生物增加自己的生态耐受幅度，成为广生态幅种，但不能无限扩大耐受